7 L～12 L 柴油機缸體鑄件靜電噴粉工藝驗證

余 博，李柏松，劉序潤

（1.中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113；2.濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東 濰坊 261119）

靜電粉末噴涂主要使用在各類電器箱柜、汽車零部件、有色金屬制品的底、面漆的結(jié)合防銹方面，國內(nèi)在發(fā)動機缸體鑄件防銹方面采用此工藝的范例較少。濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司主要生產(chǎn)7L～12L柴油發(fā)動機缸體缸蓋鑄件，其缸體鑄件明細見表1.鑄造一期缸體鑄件防銹采用水性底漆工藝，存在漆皮、漆泡、積漆等問題，且受季節(jié)溫度制約的質(zhì)量波動較大，同時操作過程中人工勞動強度大，污染嚴重，鑄造二期項目決定采用靜電噴粉工藝進行防銹處理，在項目投產(chǎn)后展開了工藝驗證。

表1 缸體鑄件明細表

1 工藝流程簡述

缸體鑄件噴粉線工藝流程含上件、吹凈、預熱、噴粉、固化、強冷、下件各個環(huán)節(jié)，噴涂采用德國瓦格納爾全套進口設備，其余設備國內(nèi)配套，設備生產(chǎn)效率為70件/h，各工序主要工藝參數(shù)見表2.

表2 各工序主要工藝參數(shù)表

2 生產(chǎn)過程驗證

2.1 吹凈室驗證

本工序設兩名操作者在輥道兩側(cè)對鑄件進行吹掃，通過觀察吹凈后的鑄件表面及內(nèi)腔無砂粒及彈丸等雜質(zhì)，滿足進入預熱烘干工序的要求。

2.2 預熱、固化溫度驗證

預熱烘干主要是消除鑄件表面的水汽，并使鑄件有一定的溫度，提高粉末附著力。固化促使鑄件表面粉末膠化，在鑄件表面形成漆膜，烘干爐和固化爐采用天然氣加熱。

2.2.1 爐溫設置

預熱烘干和固化主要設置參數(shù)如表3所示。

表3 各區(qū)域溫度設置

2.2.2 爐溫驗證

驗證預熱烘干區(qū)的溫度是針對此區(qū)域的空氣溫度，設備自帶熱電偶顯示溫度即為空氣溫度，因此溫度設置滿足要求。驗證固化區(qū)溫度是針對測試鑄件的本體溫度，設置爐溫跟蹤測試裝置跟隨鑄件通過整個固化流程而測定。從驗證結(jié)果來看，鑄件表面的溫度與鑄件的厚薄有一定的關(guān)系，普通位置和薄壁位置完全能滿足溫度的需求，但是厚壁位置略有欠缺，140℃以上時間較短。隨后提高固化爐溫度，使其設置溫度達到220℃，表4中所示為提高爐溫后溫度，結(jié)果表明在鑄件不同部位均能達到規(guī)定要求。

表4 提高爐溫后溫度

2.3 靜電噴粉驗證

2.3.1 主要參數(shù)設置

靜電噴粉主要參數(shù)如表5所示。粉房共設置6把自動噴槍，根據(jù)不同的鑄件形狀、大小、復雜程度，分別調(diào)節(jié)噴槍的位置、噴粉量、電壓、電流等參數(shù)，最終使鑄件表面漆膜厚度大于80μm，并且盡量使各部位均勻。

表5 靜電噴粉主要參數(shù)設置

2.3.2 噴粉結(jié)果驗證

采用目測法判斷是否有漏噴區(qū)域，缸體鑄件噴粉后表面粉末附著較為均勻，未發(fā)現(xiàn)有漏噴位置。

2.4 節(jié)拍（傳輸速度）驗證

2.4.1 輥道速度設置

輥道驗證主要是考察各輥道速度設置，表6為各區(qū)域的速度設置情況。為了在滿足工藝要求條件下，縮短爐窯長度降低設備制造成本，預熱烘干設置為單排鑄件行走，固化區(qū)為雙排鑄件并行。

表6 各區(qū)域輥道速度設置

2.4.2 節(jié)拍驗證

試生產(chǎn)期間各次噴涂鑄件數(shù)量、用時情況見表7，產(chǎn)出噴涂鑄件用時為從第一臺鑄件烘干完畢下線至最后一臺下線所用時間?？梢钥闯?，噴粉線穩(wěn)定工作的情況下，鑄件生產(chǎn)節(jié)拍較為穩(wěn)定，在各區(qū)域內(nèi)運行速度穩(wěn)定，單臺的鑄件噴涂線上運行時間為1h15min左右。

表7 靜電噴粉節(jié)拍及用時情況

2.5 噴涂鑄件驗證

噴涂鑄件經(jīng)過固化、冷卻后，最終下線。如圖1所示，缸體鑄件表面漆膜完整、光滑，未出現(xiàn)漏噴等現(xiàn)象，通過測量，區(qū)域1內(nèi)的漆膜厚度為60μm～100μm，區(qū)域2為100μm～140μm，鑄件的上半部分漆膜厚度高于底部。調(diào)整噴槍的位置并調(diào)節(jié)噴粉量的大小，將底部噴槍噴粉量調(diào)節(jié)至55%，再次測量區(qū)域1和區(qū)域2的漆膜厚度為80μm～100μm.

3 加工及裝配驗證

3.1 加工過程驗證

缸體鑄件在加工過程中未出現(xiàn)粉末底層剝落、脫落及底漆毛邊的現(xiàn)象，與曲軸箱把合后經(jīng)高壓清洗也未出現(xiàn)脫漆現(xiàn)象，經(jīng)過高壓清洗后鑄件底漆附著力測試試驗合格，如圖2所示。

圖1 靜電噴粉后缸體鑄件正面及側(cè)面情況

3.2 裝配過程驗證

缸體鑄件裝配過程中未發(fā)生脫漆、剝落等現(xiàn)象。裝配后噴涂面漆后柴油機底漆與面漆配套性較好，不滲色，不龜裂，無不良反應，如圖3所示。

圖2 鑄件加工后、清洗后、清洗后合格試驗情況

4 性能試驗

4.1 樣板試驗

對噴粉、水性漆樣板進行硬度、附著力、柔韌性、沖擊強度、耐堿性、耐鹽霧性、耐機油試驗。兩種底漆樣板表面分別噴涂單組份和雙組份面漆，同樣進行上述試驗。噴漆樣板理化檢驗指標結(jié)果分析見表8、表9，結(jié)果表明靜電噴粉缸體漆膜整體性能與本廠現(xiàn)用的水性底漆相當。

圖3 鑄件裝配過程中、裝配后噴涂面漆外觀情況

表8 底漆樣板對比分析

表9 面漆配套性對比分析

4.2 鹽霧性試驗

如圖4，從鹽霧試驗48h的對比情況看，本次噴涂的粉末底漆不具備底面合一的防銹能力，靜電粉末底漆和水性底漆一樣，在零件的角落處沒有形成有效的保護膜，造成局部銹蝕。

圖4 靜電噴粉、水性漆噴涂鑄件鹽霧試驗48 h 后底漆外觀情況

如圖5，從底漆、底漆噴面漆的樣件對比看出，噴粉件整體防銹性能優(yōu)于水性底漆。靜電噴粉鑄件底漆與面漆的配套性略優(yōu)于本廠現(xiàn)用的水性油漆，耐鹽霧性能稍好。

圖5 靜電噴粉、水性漆噴涂鑄件鹽霧試驗48 h 后面漆外觀情況

4.3 環(huán)保監(jiān)測

對靜電粉末涂料做相應的環(huán)保性檢測，未檢出可溶性鉛、可溶性鎘、可溶性汞、可溶性鉻、多溴聯(lián)苯、多溴聯(lián)苯醚，表明該工藝完全滿足安全、環(huán)保符合相關(guān)標準規(guī)定。

5 結(jié) 語

通過工藝驗證及實驗確定了缸體鑄件靜電粉末噴涂工藝的可行性，隨后便進行大規(guī)模生產(chǎn)，原有水性漆防銹工藝存在的質(zhì)量問題得以解決，后續(xù)的鑄造三期項目中也采用了兩條噴粉線用于缸體防銹，原有水性漆防銹線將改造為靜電噴粉線。

靜電噴粉線實現(xiàn)了鑄件防銹自動化生產(chǎn)，職工勞動強度得以顯著降低，并解決了原水性漆污染問題，降低了鑄件防銹成本，由表10可以看出相比水性漆防銹工藝每噸鑄件節(jié)約成本22.79元。

表10 2012年鑄件防銹材料生產(chǎn)成本對比